JPH0816177B2 - 高弾性率を有する高分子−金属クラスター複合体及びその製造方法 - Google Patents
高弾性率を有する高分子−金属クラスター複合体及びその製造方法Info
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- JPH0816177B2 JPH0816177B2 JP5251074A JP25107493A JPH0816177B2 JP H0816177 B2 JPH0816177 B2 JP H0816177B2 JP 5251074 A JP5251074 A JP 5251074A JP 25107493 A JP25107493 A JP 25107493A JP H0816177 B2 JPH0816177 B2 JP H0816177B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高弾性率を有する高分子
−金属クラスター複合体及びその製造方法、さらに詳し
くは、家庭用品、電器、機械、建築、土木、航空、宇宙
など多くの分野において有効に用いられる新規な材料、
すなわち高分子−金属錯体複合体を熱処理することによ
り金属クラスターが均一に分散し高分子マトリックスと
の接着が良好な高弾性率を有する高分子−金属クラスタ
ー複合体及びそれを効率よく製造するための方法に関す
るものである。
−金属クラスター複合体及びその製造方法、さらに詳し
くは、家庭用品、電器、機械、建築、土木、航空、宇宙
など多くの分野において有効に用いられる新規な材料、
すなわち高分子−金属錯体複合体を熱処理することによ
り金属クラスターが均一に分散し高分子マトリックスと
の接着が良好な高弾性率を有する高分子−金属クラスタ
ー複合体及びそれを効率よく製造するための方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高分子材料は、加工性が良い、軽い、耐
水耐薬品性が良い、審美性が良い等、多くの特性により
身近なプラスチック製家庭用品をはじめ、電気、機械、
車輌、建築、土木、農業水産、航空、宇宙など多くの分
野にとって欠くことのできない主要材料のひとつであ
る。反面、耐久性や機械的強度等が低い等の欠点があ
る。特性を損なうことなく欠点を補う方法に耐久性や機
械的強度が高い微粒子を複合する方法がある。この方法
で耐久性や機械的特性を飛躍的に上昇させるためには、
は、粒子が小さいこと、粒子の分散性がよいこと、
粒子とマトリックスの接着性が良いことの三点が重要
な要素となっているが、粒子が小さくなると会合して分
散性が悪くなったり、粒子とマトリックスの接着性が良
好でない等の欠点が顕れて満足な材料は得られていな
い。
水耐薬品性が良い、審美性が良い等、多くの特性により
身近なプラスチック製家庭用品をはじめ、電気、機械、
車輌、建築、土木、農業水産、航空、宇宙など多くの分
野にとって欠くことのできない主要材料のひとつであ
る。反面、耐久性や機械的強度等が低い等の欠点があ
る。特性を損なうことなく欠点を補う方法に耐久性や機
械的強度が高い微粒子を複合する方法がある。この方法
で耐久性や機械的特性を飛躍的に上昇させるためには、
は、粒子が小さいこと、粒子の分散性がよいこと、
粒子とマトリックスの接着性が良いことの三点が重要
な要素となっているが、粒子が小さくなると会合して分
散性が悪くなったり、粒子とマトリックスの接着性が良
好でない等の欠点が顕れて満足な材料は得られていな
い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの欠
点を克服する粒子が小さく、粒子の分散性が良く、
粒子とマトリックスの接着性が良く、そのために高弾
性率となる高分子複合材料及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。
点を克服する粒子が小さく、粒子の分散性が良く、
粒子とマトリックスの接着性が良く、そのために高弾
性率となる高分子複合材料及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、金属錯体を
モノマーに溶解し、これを重合・固化させた後、加熱還
元することにより弾性率の高い複合体が得られることを
見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。
な問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、金属錯体を
モノマーに溶解し、これを重合・固化させた後、加熱還
元することにより弾性率の高い複合体が得られることを
見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。
【０００５】すなわち、本発明は（１）熱可塑性又は熱硬化性重合体マトリックスに対し
て、粒径１０〜２０オングストロームの貴金属粒子を、
体積分率０．００５〜０．０１％で、均一に分散、充填
してなる、弾性率の向上した高分子−金属クラスター複
合体、及び （２）貴金属錯体をモノマーに溶解し、これを重合・固
化させて高分子−貴金属錯体複合体を形成させた後、熱
処理を行うことにより貴金属錯体を貴金属クラスターに
変換し、高弾性率を得ることを特徴とする高分子−金属
クラスター複合体の製造方法 を提供するものである。
て、粒径１０〜２０オングストロームの貴金属粒子を、
体積分率０．００５〜０．０１％で、均一に分散、充填
してなる、弾性率の向上した高分子−金属クラスター複
合体、及び （２）貴金属錯体をモノマーに溶解し、これを重合・固
化させて高分子−貴金属錯体複合体を形成させた後、熱
処理を行うことにより貴金属錯体を貴金属クラスターに
変換し、高弾性率を得ることを特徴とする高分子−金属
クラスター複合体の製造方法 を提供するものである。
【０００６】この際マトリックス材料としては、メチル
メタクリレート、スチレン、酢酸ビニル、イソプレン、
ジイソシアネート類などの熱可塑性材料、エポキシ化合
物などの熱硬化性材料、さらにこれらの２種またはそれ
以上の異なった材料が重合した共重合体材料などが用い
られ、金属錯体としてはパラジウム（II）又は白金（I
I）のアセチルアセトナート塩、塩化金(III) 酸、テト
ラクロロパラジウム（II）酸ナトリウムなどの貴金属錯
体が用いられる。
メタクリレート、スチレン、酢酸ビニル、イソプレン、
ジイソシアネート類などの熱可塑性材料、エポキシ化合
物などの熱硬化性材料、さらにこれらの２種またはそれ
以上の異なった材料が重合した共重合体材料などが用い
られ、金属錯体としてはパラジウム（II）又は白金（I
I）のアセチルアセトナート塩、塩化金(III) 酸、テト
ラクロロパラジウム（II）酸ナトリウムなどの貴金属錯
体が用いられる。
【０００７】熱処理の温度、時間、速度によりマトリッ
クスと微粒子の接着程度が変化し、それぞれ極大値をも
つので、最も弾性率が高くなる条件の設定が必要であ
る。概ね処理温度は１２０℃〜１５０℃、処理時間は
０．５時間〜５時間、温度上昇速度は０．５℃／分〜５
℃／分の範囲の条件が用いられ、温度が高い程、速度が
遅い程短時間で極大値が得られる。但し極大値と最大値
は一致しない。
クスと微粒子の接着程度が変化し、それぞれ極大値をも
つので、最も弾性率が高くなる条件の設定が必要であ
る。概ね処理温度は１２０℃〜１５０℃、処理時間は
０．５時間〜５時間、温度上昇速度は０．５℃／分〜５
℃／分の範囲の条件が用いられ、温度が高い程、速度が
遅い程短時間で極大値が得られる。但し極大値と最大値
は一致しない。
【０００８】次に、本発明の原理について説明する。本
発明は貴金属錯体をモノマーに溶解し、重合・固化させ
て高分子−貴金属錯体複合体を形成した後に還元により
貴金属微粒子となるので、均一に分散すると共に粒子の
会合がおさえられるので粒子が非常に小さくなる。また
熱処理により、マトリックスの分子鎖が適当に移動する
ことにより粒子とマトリックスの接着が最適となる条件
があらわれる。微粒子に基づく弾性率補強理論は種々考
えられるが、微粒子の半径が非常に小さい場合には、表
面積が相対的に大きくなり、界面相互領域の厚さの効果
が大きくなる。図１に示すように界面相互領域の厚さを
ｒとし微粒子の半径をＲ0 とすると、微粒子の体積に対
する界面相互領域を含めた体積の倍率Ｂは一般式（１）
で示すことができる。 Ｂ＝（１＋ｒ／Ｒ0 ）3 （１）
発明は貴金属錯体をモノマーに溶解し、重合・固化させ
て高分子−貴金属錯体複合体を形成した後に還元により
貴金属微粒子となるので、均一に分散すると共に粒子の
会合がおさえられるので粒子が非常に小さくなる。また
熱処理により、マトリックスの分子鎖が適当に移動する
ことにより粒子とマトリックスの接着が最適となる条件
があらわれる。微粒子に基づく弾性率補強理論は種々考
えられるが、微粒子の半径が非常に小さい場合には、表
面積が相対的に大きくなり、界面相互領域の厚さの効果
が大きくなる。図１に示すように界面相互領域の厚さを
ｒとし微粒子の半径をＲ0 とすると、微粒子の体積に対
する界面相互領域を含めた体積の倍率Ｂは一般式（１）
で示すことができる。 Ｂ＝（１＋ｒ／Ｒ0 ）3 （１）
【０００９】したがってマトリックスと微粒子の接着が
極めて良い場合には、ＥCを複合体の弾性率、Ｅ1をマト
リックスの弾性率、Ｅ2を微粒子の弾性率、φを微粒子
の体積分率とするとき弾性率補強理論式は完全並列型の
一般式（２）で示される。 ＥC／Ｅ1＝１＋（Ｅ2／Ｅ1）Ｂφ （２） この式に従うことにより微粒子の量が少ないのにもかか
わらず弾性率が異常に高くなるものと考えられる。
極めて良い場合には、ＥCを複合体の弾性率、Ｅ1をマト
リックスの弾性率、Ｅ2を微粒子の弾性率、φを微粒子
の体積分率とするとき弾性率補強理論式は完全並列型の
一般式（２）で示される。 ＥC／Ｅ1＝１＋（Ｅ2／Ｅ1）Ｂφ （２） この式に従うことにより微粒子の量が少ないのにもかか
わらず弾性率が異常に高くなるものと考えられる。
【００１０】
【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
【００１１】実施例１ 減圧蒸留により精製したメチルメタクリレート（モノマ
ー）にパラジウムアセチルアセトナート（金属錯体）及
び過酸化ベンゾイル（開始剤）を溶解し、７０℃で約３
５分間加熱した後、ガラス製鋳型に移し、さらに４５℃
で２４時間加熱して、黄色透明のポリメチルメタクリレ
ート−パラジウム錯体複合体を得た。これをさらに熱処
理することにより、褐色透明のポリメチルメタクリレー
ト−パラジウムクラスター複合体を得た。電子顕微鏡に
よる観察により粒径１０〜２０オングストローム程度の
パラジウム微粒子が凝集することなく、均一に分散して
いることが明らかになった。用いた試料のパラジウムの
体積分率は、０．００５、０．００６、及び０．０１０
％である。熱処理条件は昇温速度を０．５、１及び５℃
／分、初期温度を２０℃、最終温度( 熱処理温度) を１
２０℃、１３０℃、１４０℃及び１５０℃とし、初期温
度からの経過時間を熱処理時間とした。
ー）にパラジウムアセチルアセトナート（金属錯体）及
び過酸化ベンゾイル（開始剤）を溶解し、７０℃で約３
５分間加熱した後、ガラス製鋳型に移し、さらに４５℃
で２４時間加熱して、黄色透明のポリメチルメタクリレ
ート−パラジウム錯体複合体を得た。これをさらに熱処
理することにより、褐色透明のポリメチルメタクリレー
ト−パラジウムクラスター複合体を得た。電子顕微鏡に
よる観察により粒径１０〜２０オングストローム程度の
パラジウム微粒子が凝集することなく、均一に分散して
いることが明らかになった。用いた試料のパラジウムの
体積分率は、０．００５、０．００６、及び０．０１０
％である。熱処理条件は昇温速度を０．５、１及び５℃
／分、初期温度を２０℃、最終温度( 熱処理温度) を１
２０℃、１３０℃、１４０℃及び１５０℃とし、初期温
度からの経過時間を熱処理時間とした。
【００１２】図２は温度上昇速度が５℃／分のときの熱
処理温度と熱処理時間による弾性率の変化を示したもの
である。弾性率は処理時間に対して極大を示し、処理温
度が高くなるに従い弾性率が極大を示す時間がはやくな
る。この範囲では弾性率の極大値は３．５〜３．７ＧＰ
a を示す。この場合熱処理時間０はポリメチルメタクリ
レート−パラジウム錯体複合体の弾性率を示す。ポリメ
チルメタクリレート単体の弾性率は２ＧＰa であった。
処理温度と熱処理時間による弾性率の変化を示したもの
である。弾性率は処理時間に対して極大を示し、処理温
度が高くなるに従い弾性率が極大を示す時間がはやくな
る。この範囲では弾性率の極大値は３．５〜３．７ＧＰ
a を示す。この場合熱処理時間０はポリメチルメタクリ
レート−パラジウム錯体複合体の弾性率を示す。ポリメ
チルメタクリレート単体の弾性率は２ＧＰa であった。
【００１３】次に、熱処理における温度上昇速度の影響
を検討した。図３は一例であるが、クラスターの体積分
率が、０．０１％の試料を１４０℃で熱処理した時の温
度上昇速度の相違による弾性率の変化を処理時間に対し
て示したものである。５℃／分の速度では処理時間が
３．５時間付近に極大を示すのに対して１℃／分と速度
を小さくすると、処理時間の少ない２．５時間付近で極
大を示しその値も大きくなり、５ＧＰa を示す。昇温速
度を０．５℃／分とさらに遅くすると、必然的に処理時
間が長くなるので、極大値を得ることはできなくなる。
を検討した。図３は一例であるが、クラスターの体積分
率が、０．０１％の試料を１４０℃で熱処理した時の温
度上昇速度の相違による弾性率の変化を処理時間に対し
て示したものである。５℃／分の速度では処理時間が
３．５時間付近に極大を示すのに対して１℃／分と速度
を小さくすると、処理時間の少ない２．５時間付近で極
大を示しその値も大きくなり、５ＧＰa を示す。昇温速
度を０．５℃／分とさらに遅くすると、必然的に処理時
間が長くなるので、極大値を得ることはできなくなる。
【００１４】実験の範囲内で最も大きな値を示した１４
０℃、１℃／分の熱処理条件でパラジウム微粒子の体積
分率の相違による弾性率の変化を図４に示す。
０℃、１℃／分の熱処理条件でパラジウム微粒子の体積
分率の相違による弾性率の変化を図４に示す。
【００１５】２．５時間のところで極大を示し、体積分
率により大きな差が現れる。これらの実験結果をあては
めると図５に示すように一般式（２）に載る。すなわち
界面相互領域を考慮した完全並列型の弾性率補強理論に
従っている。この事実は本手法で生成した高分子−金属
クラスター複合体は、微粒子とマトリックスが一体化し
ていることを意味している。熱処理条件により弾性率が
極大を示すのは、その条件において微粒子とマトリック
スが最も良好に一体化することを意味している。また一
般式（２）を体積分率０．００５〜０．０１％の範囲に
おいて弾性率と微粒子の半径で図示すると図６のように
なる。非常にわずかの微粒子を複合することにより本実
験のように弾性率に大きな差が出てくるのは微粒子の半
径が非常に小さいことによるものであることを示してい
る。また、界面相互領域は微粒子の大きさに依らず存在
するが、微粒子が小さくなることにより、相対的に相互
領域の影響が大きくなることを示しており、複合効果が
現れる体積分率は微粒子の大きさに依存していることを
示している。
率により大きな差が現れる。これらの実験結果をあては
めると図５に示すように一般式（２）に載る。すなわち
界面相互領域を考慮した完全並列型の弾性率補強理論に
従っている。この事実は本手法で生成した高分子−金属
クラスター複合体は、微粒子とマトリックスが一体化し
ていることを意味している。熱処理条件により弾性率が
極大を示すのは、その条件において微粒子とマトリック
スが最も良好に一体化することを意味している。また一
般式（２）を体積分率０．００５〜０．０１％の範囲に
おいて弾性率と微粒子の半径で図示すると図６のように
なる。非常にわずかの微粒子を複合することにより本実
験のように弾性率に大きな差が出てくるのは微粒子の半
径が非常に小さいことによるものであることを示してい
る。また、界面相互領域は微粒子の大きさに依らず存在
するが、微粒子が小さくなることにより、相対的に相互
領域の影響が大きくなることを示しており、複合効果が
現れる体積分率は微粒子の大きさに依存していることを
示している。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、貴金属クラスター
の充填率がわずか０．００５％で、弾性率がマトリック
スの２倍にもなるという複合体を効率よく製造すること
ができる。
の充填率がわずか０．００５％で、弾性率がマトリック
スの２倍にもなるという複合体を効率よく製造すること
ができる。
【００１７】
【図１】微粒子と界面相互領域の説明図であって図中符
号ｒは界面相互領域の厚さを示し、Ｒ0は微粒子の半径
を示す。
号ｒは界面相互領域の厚さを示し、Ｒ0は微粒子の半径
を示す。
【図２】ポリメチルメタクリレート−パラジウムクラス
ター複合体の弾性率の熱処理温度と熱処理時間による変
化を示す図である。
ター複合体の弾性率の熱処理温度と熱処理時間による変
化を示す図である。
【図３】ポリメチルメタクリレート−パラジウムクラス
ター複合体の熱処理時間と弾性率の関係を熱処理速度の
異なる試料について示した図である。
ター複合体の熱処理時間と弾性率の関係を熱処理速度の
異なる試料について示した図である。
【図４】処理時間と弾性率の関係を体積分率の異なる試
料について示した図である。
料について示した図である。
【図５】体積分率と比弾性率の関係を理論式とともに示
したもので、一般式（２）以外の曲線は他の理論曲線を
示している。
したもので、一般式（２）以外の曲線は他の理論曲線を
示している。
【図６】微粒子の半径と比弾性率の関係を示した図であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｃ０８Ｌ 33/00 ＬＨＵ (56)参考文献 特開 昭63−120759（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−202109（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−166176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−78250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−290759（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 熱可塑性又は熱硬化性重合体マトリック
スに対して、粒径１０〜２０オングストロームの貴金属
粒子を、体積分率０．００５〜０．０１％で、均一に分
散、充填してなる、弾性率の向上した高分子−金属クラ
スター複合体。 - 【請求項２】 貴金属錯体をモノマーに溶解し、これを
重合・固化させて高分子−貴金属錯体複合体を形成させ
た後、熱処理を行うことにより貴金属錯体を貴金属クラ
スターに変換し、高弾性率を得ることを特徴とする高分
子−金属クラスター複合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251074A JPH0816177B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 高弾性率を有する高分子−金属クラスター複合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251074A JPH0816177B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 高弾性率を有する高分子−金属クラスター複合体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0782410A JPH0782410A (ja) | 1995-03-28 |
| JPH0816177B2 true JPH0816177B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17217250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5251074A Expired - Lifetime JPH0816177B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 高弾性率を有する高分子−金属クラスター複合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816177B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011108342A1 (ja) | 2010-03-01 | 2011-09-09 | 新日鐵化学株式会社 | 金属微粒子複合体及びその製造方法 |
| WO2011114812A1 (ja) | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 新日鐵化学株式会社 | 金属微粒子複合体 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3062748B1 (ja) | 1999-03-10 | 2000-07-12 | 工業技術院長 | 高分子―金属クラスタ―複合体の製造方法 |
| EP1138717B1 (en) * | 2000-03-30 | 2005-09-14 | Japan as represented by Secretary of Agency of Industrial Science and Technology | Method for preparation of a polymer-metal cluster composite |
| JP2004067789A (ja) * | 2002-08-05 | 2004-03-04 | Sumitomo Chem Co Ltd | 耐衝撃性メタクリル樹脂キャスト成形体の製造方法 |
| JP4000368B2 (ja) * | 2002-09-10 | 2007-10-31 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ポリメチルメタクリレート−金属クラスター複合体の製造方法 |
| DE102004062633B4 (de) * | 2004-12-24 | 2007-08-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung von mit Feinpartikeln auf der Basis von Metallen versetzten Polymeren |
| JP4868385B2 (ja) * | 2005-08-23 | 2012-02-01 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | パラジウムナノ粒子が分散した耐熱用高分子成型体複合材料、及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6033074B2 (ja) * | 1981-04-03 | 1985-07-31 | 住友ゴム工業株式会社 | ソリツドゴルフボ−ル |
| JPS5978250A (ja) * | 1982-09-20 | 1984-05-07 | チバ−ガイギ−・アクチエンゲゼルシヤフト | 弾性高分子材料を石油製品による膨潤作用から安定化する方法 |
| JPS62290759A (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-17 | Kuraray Co Ltd | 金属錯体・導電性高分子複合体及びその製法 |
| GB8622752D0 (en) * | 1986-09-22 | 1986-10-29 | Shell Int Research | Conductive polymer compositions |
| JPH0450235A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-19 | Mita Ind Co Ltd | 導電性樹脂材料およびその製造方法 |
| JPH05202109A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-08-10 | Seiko Epson Corp | 透明プラスチック材料 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP5251074A patent/JPH0816177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011108342A1 (ja) | 2010-03-01 | 2011-09-09 | 新日鐵化学株式会社 | 金属微粒子複合体及びその製造方法 |
| WO2011114812A1 (ja) | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 新日鐵化学株式会社 | 金属微粒子複合体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0782410A (ja) | 1995-03-28 |
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